ZEUS
1
15 anni di onorata attivita’ nella fisica delle
alte energie
p 920 GeV
Collaborazione ~ 320 fisici
componente italiana ~ 17%
Responsabilita’ INFN:
e 27.5 GeV
Spettrometro di protoni leading (LPS)
fino al 2000 (HERA I)
- Rivelatori di muoni forward
barrel e rear (costruzione e
mantenimento)
- LPS (costruzione e
mantenimento)
- MVD (elettronica di frontend, DAQ)
- Solenoide superconduttore
per il campo del rivelatore
centrale
Rivelatore di vertice (MVD) dal 2003 (HERA II)
Riepilogo della presa dati
Acceleratore ep HERA:
e± 27.5 GeV
2
p 820/920 GeV
HERA I 1992-2000 (√s~300 GeV):
Luminosita’ utile per la fisica~130 pb-1
HERA II 2003-2006 (√s~320 GeV):
Luminosita’ utile per la fisica~370 pb-1
HERA II fasci di elettroni/positroni
polarizzati ~ 35-40%
HERA, dopo il difficile inizio della
fase II, ha dimostrato ottima
affidabilita’. Luminosita’ integrata
quasi triplicata negli ultimi 2 anni
Fine della presa dati prevista per giugno 2007
Ultimi 3 mesi (da aprile 2007) run ad energia ridotta del fascio di protoni
(460 GeV) per la misura della funzione di struttura longitudinale (FL)
3
Programma di fisica
Contributi principali
- Struttura del protone
Contributi principali
- Unificazione EW
- QCD: as, struttura del
fotone
Piano cinematico ieri, oggi, domani
- Fisica diffrattiva
Tevatron
- Heavy flavors
- Ricerche di fisica oltre il
Modello Standard
Nel seguito sono presentati
alcuni dei contributi piu’
significativi scelti tra la grande
mole di risultati prodotti
LHC
4
Produzione scientifica
ZEUS Papers, 168 total
168 pubblicazioni dal 1992 ad oggi
Molti risultati di grande impatto
sulla comunita’ scientifica
Gli articoli di ZEUS sono tra i piu’
citati in letteratura
Top cited 100+ (SLAC-SPIRES)
Responsabilita’ italiane
nel management
- 1 spokesman
- 2 deputy spokesman
- 3 physics chairman
- presenza costante tra i
coordinatori dei gruppi di fisica,
del trigger, della produzione MC
CDF
CLEO
ZEUS
OPAL
H1
L3
ALEPH
D0
BaBar
HERMES
DELPHI
SLD
57
39
31
26
26
8
22
19
17
11
9
7
3 4
0
8
8
8
20
40
Single Collab.
LEP or LEP+SLD
60
Sezioni d’urto ep: verifica della teoria EW
Teoria elettrodebole verificata fino a scale di
Q2 ~ 5·104 GeV2
ottimo accordo con
le previsioni dello SM:
- sezioni d’urto NC e CC unificate ad alti Q2
- differenze e+/e- collegate alla struttura
chirale delle interazioni EW
HERA I
CC polarized ep scattering
HERA II
Risultati da
libro di testo
riassumono
decenni di
studi sulla
teoria EW

e p
polCC
1  Pe e p 2
(Q , x ) 
  CC (Q , x )
2
2
HERA II ha inoltre permesso di sfruttare
la polarizzazione dei fasci e+/e-:
risultati in accordo con l’assenza
di correnti cariche tra stati right-handed
5
6
Struttura del protone
Corrente neutra
e,n
e
g,Z,W
q
q
proton remnant
jet
p
q
Scattering NC non polarizzato:

e p
d 2 NC
2
2
~
Y
F
(
x
,
Q
)
Y
xF
(
x
,
Q
)
 2

3
2
dxdQ
QPM : F2  x  eq2 ( q  q)
Y  1  (1  y 2 )
xF3  2 x  eqaq ( q  q )
Piano cinematico accessibile
enormemente esteso rispetto alle
misure precedenti a bersaglio fisso
Predizioni del Modello Standard molto sensibili
alla conoscenza delle funzioni di struttura
Risultati di fondamentale importanza
per LHC
Corrente carica
xf
QCD+EW fit
7
Densita’ partoniche di quark e gluoni determinate
utilizzando tutte le informazioni disponibili
Fit QCD NLO che include misure di sezioni d’urto
inclusive CC/NC e di jet
In particolare l’inclusione nel
fit delle sezioni d’urto di jet
ha permesso di ridurre
notevolmente le incertezze
sulla densita’ gluonica
x
with jet data
without jet data
L’uso di fasci polarizzati ha inoltre permesso di
vincolare gli accoppiamenti assiali e vettoriali dei
quark di valenza alla Z con un fit combinato
QCD+EW
Risultati di estrema precisione che
migliorano quelli di LEP e Tevatron
8
Determinazione di as
Parametro fondamentale di QCD deve essere determinato sperimentalmente
Misure consistenti provenienti da processi differenti
successo della pQCD
Ad HERA misure da diversi osservabili, risultati di precisione comparabile
rispetto ad altri processi, incertezze dominate da contributi teorici
HERA results
Compilation of as meas.
(HERA combined)
Struttura del fotone
In DIS, (Q2 ›› 0), il fotone virtuale si comporta come un oggetto puntiforme
usato come sonda per indagare la struttura del protone.
In regime di fotoproduzione (Q2≈0) il fotone e’ un oggetto composto e la sua
struttura puo’ essere indagata studiando la produzione di jet.
dijet in fotoproduzione:
xg = frazione del momento
del g che partecipa allo scattering
xg ≈ 1
fotone
diretto
xg < 1
fotone
risolto
Confronti con pQCD @ NLO (scala hard Etjet):
- risultati sensibili alla funzione di struttura
del fotone (da tenere in conto per future
parametrizzazioni).
- Le parametrizzazioni oggi disponibili non
descrivono completamente le caratteristiche dei
dati
- Accordo con la teoria ad alti xg ed alti Etjet
dove si e’ meno sensibili alla struttura del
fotone
9
Large rapidity gap
10
Osservati ad HERA per la prima volta eventi DIS atipici senza attivita’
adronica tra jet e proton remnant
.
.
elettrone
..
Tipico evento DIS con
connessione di colore tra
jet e proton remnant
.
-3.0
In eventi con LRG, l’interazione
tra fotone e protone e’ mediata
da un singoletto di colore
Eventi di questo tipo, interpretati come
dovuti a scambio di pomerone, sono in
seguito stati osservati anche nella
fotoproduzione di jets.
La presenza di una scala hard (Q2, Etjet,
massa di mesoni vettori) ha permesso per
la prima volta lo studio della diffrazione
nell’ambito della QCD perturbativa
. .. .
.
.. . . . .. . .
0.
Proton remnant
jet
3.0
Eccesso di eventi con LRG rispetto
alle predizioni di MC DIS nei dati
raccolti da ZEUS nel 1994
h
Produzione elastica di Mesoni Vettori
Vector meson dominance
+ Regge
 ~W

pQCD
 dipende dal regime
studio della
transizione tra regime
perturbativo e non
perturbativo
Fotoproduzione esclusiva di mesoni vettori
La massa del mesone detta la scala del processo
- Dipendenza soft dall’energia per tot(gp) e mesoni leggeri (modello di
Regge).
- Mesoni pesanti: crescita molto piu’ ripida di  con l’energia in accordo
con la pQCD
- Forte sensibilita’ alla densita’ gluonica
crescita con l’energia legata
al contributo gluonico a basso x
11
Protoni leading
in DIS
12
p
Stazioni LPS
IP
90 80
63
24 m
44 40
Protoni leading misurati grazie a 6 stazioni di mstrip
al silicio poste in prossimita’ del fascio di protoni
Distribuzione piatta in xL (Ep’ /Ep) fino al
picco diffrattivo in accordo con dati pp
Dipendenza da xL, pt2
fit con un’ esponenziale a pendenza
singola (~e-b(xL)∙pt2) in ciascun bin
Non c’e’ chiara evidenza di dipendenza
della pendenza da xL
indicazione di validita’ della
fattorizzazione
Heavy Flavors
Color octet
- Terreno ideale per test di QCD
- Scala del processo data dalla massa
- Sensibile alla densita gluonica
13
Color singlet
Processo dominante BGF
Produzione inelastica
di J/y in DIS (J/y  mm)
z = EJ/y/Eg
risultati in ragionevole accordo con previsioni color singlet @ NLO
Contributi di ottetto di colore (introdotti per descriverere i dati
di Tevatron) non sembrano necessari ad HERA
Fotoproduzione di open beauty
b  jet m
campione arricchito di beauty
tagliando sul pt del m rispetto all’asse del jet
Misura nell’accettanza del rivelatore
Ragionevole accordo con le predizioni QCD NLO
Conoscenza del background di QCD in bb ad LHC
di fondamentale importanza per l’Higgs.
Confronto tra teoria e dati ad HERA essenziale
per migliorare la descrizione del processo
Ricerche oltre il Modello Standard
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Produzione di Leptoquark
Bosoni previsti da GUT e modelli SUSY che
violano la R-parita’
HERA ambiente ideale:
produzione risonante eqLQ fino a ~ 300 GeV
Limiti dipendenti dalla coupling di Yukawa che
accoppia e-q-LQ (l)
Limiti di HERA migliori di LEP e Tevatron
per masse > 240 GeV
Produzione di top singolo
TEVATRON
HERA
Possibile ad HERA in presenza di
accoppiamenti anomali FCNC u-gt o
u-Z-t
Ottimo esempio di complementarita’
tra i differenti collider
HERA ha la migliore sensibilita’ per
accoppiamenti che coinvolgono il fotone
/VZ
/z
LEP
/z
/VZ